本研究针对广州地铁21号线中新站至中新东站隧道区间分布的特殊的花岗片麻岩风化地质及工程中土压平衡盾构施工造成的环境影响问题,通过文献收集整理、现场调查监测、数值模拟及理论分析等方法,系统研究了花岗片麻岩风化地质的地质特征和工程特性;建立有限元模拟,讨论分析了不同围岩条件对隧道开挖的影响,着重探究了复合地层中双线隧道开挖时不同地层损失率和不同隧道净距的环境影响规律,并与现场监测数据相结合,提出了有效的地质灾害防治措施和降低隧道开挖环境影响的施工技术。主要成果如下:(1)花岗片麻岩风化地层的工程特性、潜在灾害与施工对策。花岗片麻岩微风化带和中风化带岩质坚硬密实,可作为一般建筑工程持力层。强风化带中岩石裂隙较为发育,岩层渗透性较好,常赋存基岩裂隙水,且具有承压性,隧道开挖需注浆加固;全风化带和风化残积土具有“两头大,中间小”的粒度分布,遇水易软化崩解,且球状风化孤石发育,易引起流砂、涌水、地面沉陷及隧道开挖面失稳等地质灾害。工程中可采取“先慢后快”的钻井方法减小钻井、成槽对地层的扰动。隧道、基坑开挖时遇到孤石,深孔爆破可迅速高效破除较大孤石。此外,注浆加固可减小风化地层地下工程施工的环境影响。(2)监测隧道开挖引起周围复合地层的变形规律。隧道在复合地层中开挖,地表沉降主要由地层损失和上部软土固结沉降决定,地表沉降沿线变化规律大致与沿线花岗片麻岩风化带上边缘变相一致。双线隧道开挖时,后行线地表沉降槽受先行线影响,但并非两线沉降简单叠加,先行隧道开挖对后行线围岩引起的地层扰动和超静孔隙水压力等因素都将增大后行线隧道周围土体的变形沉降,影响程度近大远小。此外,所有施工参数中,土仓压力对地表沉降的影响最大,复合地层中施工时,刀盘扭矩和转速影响也较大。(3)探讨了围岩条件对隧道开挖的影响。隧道开挖产生的地表沉降与隧道所在土层的软硬程度成反比,围岩越硬,引发地表沉降也越小,隧道周围土体的塑性发展区域也越小。但围岩越硬,隧道开挖造成的土体位移沉降影响范围则越大。(4)研究了复合地层中不同地层损失率和不同双线净距对隧道开挖环境效应的影响。当地层损失率增大时,地表沉降和土体水平位移也增大,但地层损失率的变化不影响土体位移沉降的分布规律和影响范围。隧道衬砌的轴力与地层损失率成反比,弯矩则成正比;当隧道净距小于i时,先行线衬砌内力均大于后行线,双线隧道内力随净距的增大而减小并最终相等,当净距增大到i时,地表沉降槽由单个正态分布曲线分化为双峰曲线,双线隧道间水平位移几乎为零,且双线的内力影响可忽略。